KR910008955B1 - 고체 촬상 카메라 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고체 촬상 카메라

제1도 및 제2도는 본 발명을 설명하기 위한 단면도.

제3도는 종래예를 설명하기 위한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 렌즈본체 2 : 렌즈부

3 : 볼록곡면 4 : 오목곡면

5 : 플랜지부 6 : 플랜지부 5의 보호부

7 : CCD 본체 10 : 아이리스

12 : 아이리스(10)의 개공부 13 : 아이리스본체

15 : 아이리스부착부재

본 발명은 저렴한 비데오카메라 등에 사용되는, 초소형의 고체 촬상 소자를 사용한 고체 촬상 카메라에 관한 것이다.

종래, 가정용 비데오 테이프 레코오더의 보급이 늘어감에 따라서 광학계에 고체 촬상 소자를 이용한 비데오 카메라의 보급이 눈부실 정도이며, 그 기록방식에는 1/2인치 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식이나 8㎜ 사이즈의 자기테이프를 이용한 방식등 여러 종류가 제안되고 있다.

이와 같은 비데오 카메라에 장착되는 고체 촬상 소자는, 종래의 촬상관에 대하여서 소형, 경량, 긴수명, 저소비 전력등의 잇점을 가지고 있으며, 그중에서도 CCD(Charge Coupled Device)형 고체 촬상 소자는 구조, 구성이 간단하고, 신호축적 기능과 자기 주사기능을 가지고 있으므로, 상기한 비데오 카메라에 사용되는 고체 촬상 소자가 주류로 되어 있다.

그런데, 상기한 CCD를 사용하여서 영상신호를 나타내는 데에는 제3도에 표시함과 같이 광학렌즈를 이용하여서 CCD의 수광면에 상을 맺게할 필요가 있다.

제3도에 있어서, (31)은 광학렌즈, (32)는 CCD 본체, (33)은 CCD의 수광면, (34)는 CCD 본체(32)의 투명캡이다.

광학렌즈(31)은 CCD 본체(32)의 전면에 CCD의 수광면(33)부터 광학렌즈(31)고유의 초점거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 설치되며, 피사체까지의 거리에 따라서 광학렌즈(31)의 위치를 약간 조정하는 것에 의하여서, CCD의 수광면(33)로 표면에 핀트가 일치한 피사체의 영상을 맺게하고 있다.

그리고, 왜곡(distortion)이 적은 정확한 화상을 얻기 위하여도 광학렌즈(31)로부터 CCD의 수광면(33)까지의 거리는 CCD의 수광면(33)의 대각선의 크기에 동일한 거리에 설정하는것이 보통이다.

따라서, 종래의 2/3인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 17㎜ 전후의 광학렌즈(31)를 사용하고, 1/2인치 사이즈의 CCD에는 초점거리가 13㎜ 전후의 광학렌즈(31)를 사용하고 있었다.

광학렌즈(31)의 초점거리는 렌즈표면의 곡율로 결정됨으로, 초점거리는 짧게 할수록 광학렌즈(31)의 형상은 구체에 가깝게 된다.

또한 제3도와 같은 광학계는 예로 일본국 특개소 59-104552호 공보에 기재되어 있다.

그러나, 종래의 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 소자수가 수십만개로 VLSI와 같은 집적도를 가지며, 칩사이즈가 5 내지 10㎜로 커서 단가가 높아져 저렴한 고체 촬상 카메라가 구성할 수 없는 결점이 있었다.

이와 같은 결점을 해결하기 위하여, 본원 발명자는 수광부의 크기가 약 2㎟ 초소형 CCD를 개발하기에 이르렀다.

칩사이즈를 작게하면 단위 웨이퍼당의 칩수량이 증대함으로 대폭적인 코스트 인하가 가능한 것이다.

그러나, 수광면의 크기가 약 2㎟의 CCD를 사용하여서 고체 촬상 카메라를 구성하는 데에는 초점거리가 2 내지 4㎜의 광학렌즈를 사용하지 않으면 안된다.

이와 같은 초점거리를 종래의 볼록렌즈로 구성하고자 하면, 그 볼록렌즈는 지름이 2-4㎜로 거의 구형의 렌즈로 되며, 초점거리와 렌즈의 지름이 거의 같게되어 버린다.

CCD의 수광면(33)은 본체(32)의 투명캡(34)의 아래에 위치하므로, 이것으로는 렌즈(31)의 초점거리에 CCD 수광면(33)를 배치하고자 하여도 렌즈(31)과 투명캡(34)가 접속하여 광학계를 구성할 수가 없다. 또, 이와 같은 초소형의 광학렌즈는 지금까지 저렴한 플라스틱 렌즈로는 양산한 것이 없으므로 기술적으로 성형이 곤란한 것이다.

더구나, 초소형인 까닭에 광학계의 조립작업성에 지장을 가져오며 또한 구면이 돌출하여 있으므로 렌즈 표면에 흠이 생기기 쉽고, 렌즈의 취급성에 어려움이 있다.

유리렌즈를 사용하면 고가이며, 복수매의 렌즈를 사용하면 소형화에 어긋나고 원가상승 요인이 되었다.

이와 같이 종래의 CCD 소자나 종래의 광학렌즈로는 대단히 저렴한 고체 촬상 카메라를 구성할 수 없는 결점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 결점을 감안하여서 된 것으로 수광면의 크기가 3㎟ 이하의 CCD 소자의 전면에 광학렌즈를 배치하고 아이리스의 크기를 1.0㎜ 이하로 함과 동시에, CCD의 화면수를 10 내지 25매/sec로 하는 것에 의하여서, 소형, 경량, 저렴한 고정초점 방식의 고정 촬상 카메라를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면 CCD의 칩사이즈를 극히 작게할 수 있으므로 단위 웨이퍼당의 수량이 증대하고, CCD단가를 대폭적으로 인하할 수 있다.

또 초소형 CCD에 대응하는 초소형 렌즈에 대하여, 아이리스의 크기를 1.0㎜ 이하로 좁혔으므로 고정 초점 방식을 채용할 수 있음과 동시에 왜곡이 적은 정확한 화상을 얻을 수 있다.

그리고 또한, 화면수를 일반적인 30매/sec에 대하여서 10 내지 25매/sec로 하였으므로, 극히 작은 조리개에 불구하여 밝은 화상을 얻을 수 있도록 한 것으로서 이를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 의한 고체 촬상 카메라의 개략을 표시한 단면도이며, (1)은 플라스틱의 금형일체 성형으로 제조한 렌즈본체이며, (2)는 볼록곡면(3)과 오목곡면(4)를 갖는 렌즈본체(1)의 렌즈부이며, (5)는 볼록곡면(3)보다 높게 형성한 보호부(6)를 갖는 렌즈본체(1)의 플랜지부이며, (7)은 수광부(8)의 크기가 2.1×1.6㎜, 90×120돗트의 CCD 칩을 장착한 CCD 본체이며, (9)는 CCD 칩을 보호하기 위한 투명캡이며, (10)은 이 광학계의 조리개를 결정하는 아이리스이다.

렌즈본체(1)을 CCD의 수광면(8)의 전면에 렌즈부(32) 고유의 초점거리에 대략 동일한 거리만큼 떨어진 위치에 볼록곡면(3)이 수광면(8)과 대향하도록 설치한다.

단, CCD 본체(7)를 수광면(8)의 상부 약 2.0㎜의 위치에 단면 0.77㎜정도의 투명캡(9)이 설치되어 있으므로, 초점거리는 볼록곡면(3) 표면으로부터 물리적으로 2.8㎜ 이상 필요할 것이다.

이와 같은 초점거리를 만족하기 위하여 렌즈본체(1)의 렌즈부(2)는 일측단부(10)부터 타측단부(10)까지의 지름이 약 2.78㎜이며, 볼록곡면(3)의 꼭대기부로부터 오목곡면(4)까지의 단면이 약 1.52㎜의 칫수로 설계함과 동시에, 볼록곡면(3)은 반지름(R₁)이 약 1.52㎜의 구면이며, 오목곡면은 반지름(R₂)가 대략 8.8㎜의 비구면 또는 구면으로 설계한다.

또한, 오목곡면(4)의 중심선은 볼록곡면(3)의 중심선과 일치하도록 형성하고 있으며 상기한 바와 같은 칫수로 설정하는 것으로 오목곡면(4) 표면과 중심선(11)과의 교점이 볼록곡면(3)의 대략 중심에 위치하도록 형성한다.

이와 같이 형성하면 렌즈부(2)의 초점거리를 3.5 내지 3.8㎜로 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 만큼의 극히 작은값으로 할 수 있는 동시에 상기 초점거리에 CCD의 수광면(8)을 배치한때에 렌즈부(2)의 볼록곡면(3)이 CCD 본체(7)의 투명캡(9)에 접촉하는 일이 없는 렌즈본체(1)를 제공할 수 있다.

렌즈본체(1)의 플랜지부(5)는 렌즈부(2)의 둘레끝으로부터 중심선(11)에 대하여서 수직으로 설치함과 동시에 플랜지부(5)의 둘레끝에서 볼록곡면(3)측으로 절곡되며 중심선(11)에 대하여 평행으로 설치하는 보호부(6)을 형성한다.

그 보호부(6)는 볼록곡면(3)의 모든 둘레를 둘러쌓도록 설치하되 볼록곡면(3)보다 0.5㎜정도 높게되도록 형성한다.

이와 같이 하여 놓으면 렌즈본체(1)를 볼록곡면(3)보다 아래로 하여 놓은 경우에도 보호부(6)이 볼록곡면(3) 표면을 보호함으로, 렌즈표면이 손상하는 것을 방지할 수 있다.

오목곡면(4)측은, 오목곡면(4)가 오목하게 되어 있으므로 문제가 없는 것이다.

그리고, 플랜지부(5)의 최외주의 지름을 약 7.0㎜로 하고, 초소형의 렌즈부(2)를 그것보다 큰 외경 칫수를 갖는 플랜지부(5)가 일체화로 유지하는 것에 의하여, 금형성형에 의한 양산성이 우수하며, 광학계의 조립작업성이 우수한 취급이 용이한 광학렌즈를 구성한다.

또한, 보호부(6)의 외주면과 내주면에는 금형으로부터의 박리성을 고려하여서 테이퍼형상의 면이 설치되어 있으며, 오목곡면(4)측의 플랜지부(5) 단부에는 반지름이 약 0.3㎜의 둥그런 모양을 가지게 있다.

아이리스(10)의 개공부(12)의 크기는, 고정 초점 방식으로 하기 위하여 렌즈부(2)의 칫수에 대응하여 지름이 0.66㎜의 크기로 뚫고 렌즈본체(1)의 오목곡면(4) 중앙에 광이 닿도록 렌즈본체(1)의 전방에 극히 근접하여서 배치한다.

따라서, 렌즈본체(1)의 오목곡면(4)중, 입사광이 오목곡면(4)를 통과하여 CCD의 수광면(8)에 상을 맺게 할 수 있는 영역은 오목곡면(4) 전체의 크기보다 작으며, 오목곡면(4) 중앙의 극히 근소한 범위내인 것이다.

이것은 고정 초점 방식으로 하기 위한 것인 동시에, CCD의 수광면(8)에 연결한 상공간의 왜율(distortion factor)을 최소로 하기 위한 것으로, 본 실시예의 렌즈는 상공간의 모퉁이부에서 왜율이 4%로서 극히 고성능이다.

또, 오목곡면(4) 중앙의 지름이 0.8㎜ 이외의 영역은 불필요한 내부반사를 방지하기 위하여 배표면형상으로 형성하고 있다.

그리고, 광이 통과할 수 있는 범위를 작게 좁혔음으로, 이 고체 촬영 카메라의 밝기는 약 F/5.6이다.

그리고, 종래의 2/3인치 또는 1/2인치 사이즈의 CCD는 F/1.4-2.8의 광학계를 사용할 수 있으므로, TV방식에 맞춰서 주사시간 63㎲, 매초 30매의 화면수로 영상신호를 끌어내고 있는 것에 대하여, 본원은 광학계가 F/5.6의 어두우므로, 주사시간 120㎲, 매초 10-25매의 화면수로 영상신호를 끌어내는 것에 의하여 대처한다.

화면수가 적으면 단위화면당에 입사되는 총광량이 증대함으로, 충분하게 밝은 화면을 얻을 수 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 초소형의 CCD를 사용한 고정 초점 방식의 고정 촬상 카메라를 실현할 수 있다.

더구나, 초소형의 CCD를 사용하는 까닭에 광학계가 상당히 어둡게 되는 것에도 불구하고 CCD 영상신호의 화면수를 감소시키는 것에 의하여서 밝은 화상출력을 얻을 수 있는 것이다.

이와 같은 구성에 의하면, 칩사이즈가 극히 작은 CCD 소자를 사용하여서 고정 초점 방식의 고체 촬상 카메라를 구성할 수 있으므로, 극히 저렴한 고체 촬상 카메라를 제공할 수 있다.

더구나, 렌즈본체(1)은 초소형의 CCD에 대응하는 짧은 초점거리를 가짐과 동시에, 양산성이 우수하며, 취급성이 우수함으로, 광학계의 간소화로서 원가절감을 보다 크게할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 고체 촬상 카메라의 보다 구체적인 일실시예를 제2도에 의하여 설명한다.

제2도에 있어서, (1)은 렌즈본체, (13)은 렌즈본체(1)을 부착 하는 삽입부(14)와 렌즈의 조리개를 결정하는 관통공(12)를 구비하는 아이리스본체, (15)는 아이리스본체(13)을 부착하기 위한 나사부(16)과, 그 자체를 나사(17)에 의하여 프린트기판(18)에 고정하기 위한 나사구멍(19)를 구비하는 아이리스 부착부재, (7)은 프린트기판(18)에 납땜이된 CCD 본체이다.

아이리스본체(13)의 삽입부(14)는 렌즈본체(1)의 볼록곡면(3)이 꼭 매입되도록 지름이 약 7㎜, 길이가 약 1.7㎜로 형성되며, 플랜지부(5)의 보호부(6)의 외주면이 삽입부(14)의 내주면과 끼워맞춰지는 것에 의하여 렌즈는 본체(1)을 끼워 맞춰서 유지한다.

아이리스본체(13)의 관통공(12)는 고정 초점 방식으로 하기 위하여 최종적으로 지름이 약 0.66㎜의 크기로 좁혀지며, 그 중심선이 렌즈본체(1)의 중심선(11)과 일치함과 같은 위치에 형성되어 있다.

아이리스본체(13)의 관통공(12)는 또 25°내지 35°의 시야를 확보하기 위하여 피사체에 향하여서 약 50°의 각도로 서서히 넓혀져서 형성하고 있으며, 테이퍼 형상은 아니며 중심선(11)에 대하여서 평행인 면과 수직인 면을 가지는 계단형상으로 형성하고 있다.

계단형상으로 형성하는 것은 개공부로부터 입사된 불필요한 빛이 난반사하여서 렌즈본체(1)에 도달하는 것을 방지하기 위한 것이다.

아이리스부착부재(15)의 나사부(16)에는 내부지름이 약 10㎜, 피치 0.5㎜정도의 암나사(20)이 절단되어 있으며, 아이리스본체(13) 외주에 설치한 숫나사(21)과 동시에 아이리스본체(13)를 아이리스부착부재(15)에 부착하는 역할을 한다.

아이리스부착부재(15)의 부착부(22)에는 지름이 2.6㎜정도의 나사구멍(19)가 설치되며, 나사(17)을 이용하여서 아이리스부착부재(15)가 CCD 본체(7)을 덮도록 프린트기판(18) 표면에 부착한다.

핀트를 맞추는데에는, 아이리스본체(13)에 절단된 숫나사(21)과 아이리스부착부재(15)에 절단된 암나사(20)을 이용하고, 아이리스본체(15)를 회전시켜서 양자의 이간거리를 조정하는 것에 의하여서 행한다.

제2도의 구성은 초점거리의 짧은 작은 지름렌즈를 사용하고 또한 아이리스본체(15)의 관통공(12)의 크기가 극히 작음으로, 초점심도가 깊고, 한번 1 내지 2m 앞의 피사체에 핀트를 맞춰서 놓으면 무한대로부터 가장 가까운 거리까지 핀트를 재조정하지 않고 끝난다.

따라서, 렌즈본체(1)의 위치를 고정할 수 있고, 핀트조정을 위한 여분의 기구를 생략할 수 있다.

또, CCD 칩의 부착정도에 따라서 렌즈본체(1)의 위치를 정확한 위치에 설치할 필요가 있으므로, 아이리스부착부재(15)는 상기한 위치맞추는 것을 종료한 위치에서 프린트기판(18)위에 고정하지 않으면 안된다.

그 때문에 아이리스부착부재(15)의 나사구멍(19)의 내부지름을 나사(17)의 외부지름 보다도 상기한 CCD칩의 부착정도에 대응한 분만큼 여유를 가진 크기로 뚫어놓고, 이 여유를 이용하여서 소정의 위치에 고정한다.

이와 같이 된 본 발명은 수광면의 크기가 3㎟ 이하로 극히 작은 CCD를 사용하여서 고체 촬상 카메라를 구성할 수 있는 잇점이 있는 것이며, 더구나, 본원의 렌즈는 초소형의 CCD에 대응할 수 있는 짧은 초점거리를 가짐과 동시에, 플랜지부에 의하여서 양산성, 취급성, 작업성이 우수함으로, 렌즈본체의 단가를 억제하여, 또한 간소한 광학계를 구상할 수 있는 이점이 있으며, 또, 아이리스의 크기를 1.0㎜ 이하로 극히 작게 좁혔으므로, 초소형의 렌즈부(2)에 대응한 왜곡이 없는 화상을 얻을 수 있는 동시에, 고정 초점 방식을 채용할 수 있으므로 보다 한층 광학계의 간소화를 도모할 수 있는 것이다.

또한, 초소형의 CCD와 고정 초점 방식을 채용하는 까닭에 광학계가 어둡게 되는 것에 대하여, 본원은 CCD 영상신호의 화면수를 10 내지 25매/sec로 종래의 것보다 감소하였으므로, 밝은 화상 출력을 얻을 수 있는 이점도 있는 것이며, 따라서, 본 발명에 의하면, 극히 낮은 코스트의 고체 촬상 카메라를 제공할 수 있는 잇점을 가지고 있어 저렴한 비데오 카메라에 가장 적합하게 사용할 수 있는 것이다.

Claims (1)

1. CCD 본체(7)의 내부에 CCD의 수광면(8)이 위치하고, 상기 CCD의 수광면(8)이 투명캡(9)로 보호되고, 상기 투명캡(9)의 전면에 상기 CCD 본체(7)의 수광면(8)과 대향하는 한쪽면이 볼록곡면(3), 광이 입사되는 다른쪽면이 오목곡면(4)를 가지고, 상기 볼록곡면(3)의 직경보다 상기 오목곡면(4)의 직경이 작고, 상기 볼록곡면(3)과 상기 오목곡면(4)의 중심선(11)이 동일선상에 있는 렌즈본체(1)를 배치하고, 상기 오목곡면(4)의 전방에 상기 오목곡면(4)의 직경보다 관통공(12)를 배치하여 고정 초점으로 하고 상기 CCD의 화면수를 10 내지 25매/sec로 한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 카메라.

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